基于弱磁探测技术的轴承滚动体转速检测方法研究

摘要：

针对高速轻载轴承保持架打滑测试中滚动体速度检测的难题，利用弱磁探测技术探测滚动体的弱磁场，并通过提取弱磁信号的特征频率实现滚动体转速的测量。搭建了测试平台进行试验，分析了测试距离与转速对滚动体弱磁场信息探测的影响，结果表明，所提方法可在轴承套圈遮挡的条件下探测到滚动体的弱磁场，滚动体转速测量结果误差低于4%。并通过了对实体轴承滚动体转速检测的验证，为轴承滚动体转速的检测提供了一种新的有效方法。

打滑是高速轻载轴承运行过程中常见的失效形式，即高速轻载时，受惯性力的影响，滚动体不能在内圈驱动下正常滚动，两者接触点的线速度出现差异，致使滚动体与套圈滚道之间发生划蹭，其主要表现形式为保持架转速因滚动体运动速度的下降而降低，因此也被称为保持架打滑。一旦发生打滑，会造成接触表面划伤，严重时将导致划伤部位出现表面剥落等失效形式，对轴承的稳定运行产生极大的威胁。

目前，国内外对保持架打滑的监测开展了大量的试验研究。文献[5]用电磁感应探头获取脉冲信号以测量保持架的转速；文献[6-7]用磁传感器记录保持架铆钉通过情况，从而获得保持架转速；文献[8-10]在保持架上预制反光标志，通过计数回射的脉冲光学信号或激光信号实现保持架转速的测量；文献[11]采用光电传感器和光栅组合测量轴承内圈、保持架以及滚动体转速；文献[12]在外圈外表面开槽预制加速度传感器，通过记录滚动体每次经过产生的应力信号计算滚动体转速。

尽管上述检测方法和试验系统为实验室保持架打滑研究提供了有效的方法，但在轴承实际使用中对保持架打滑的监测仍存在一定的局限性。电磁感应法需要对滚动体进行磁化，高速情况下，磁场会聚合轴承内磨损碎片，加剧轴承磨损^[13]；光学传感器以及光纤测量需要在轴承端面安装测试装置，同时高温的润滑油雾环境严重制约了监测的准确性^[14]；光电与光栅组合传感器对安装空间要求较高，在实际工程应用中操作困难；加速度传感器需要修改轴承结构，对轴承套圈进行破坏^[^12]。因此，上述测试方法由于轴承本身结构的特殊性、工作空间及工况环境限制，难以在工程中应用。

综上所述，提出一种基于弱磁探测技术的轴承滚动体转速检测方法，无需破坏轴承结构且磁化滚动体不受轴承腔中油雾的干扰，可在轴承外圈遮挡的条件下，通过探测滚动体弱磁场信息并提取滚动体旋转的特征频率，实现滚动体转速的测量。

测量原理

保持架实测转速n_m可通过实测频率f_m计算得到，弱磁探测技术的测量原理如图1所示，每个滚动体都存在一定强度的弱磁场，当滚动体通过弱磁探测传感器时，其弱磁场在每φ弧度产生一次交变的激励信号，该信号被弱磁探测器识别并通过特定的检测电路将其频率信息进行提取与计算，从而得到实测频率f_m。